Космический телескоп Гершель обнаружил в окрестностях Млечного пути огромные эллиптические галактики, содержащие большие запасы холодного газа. Тем не менее, они, как любые эллиптические галактики, практически не производят новых звезд. Причиной этому скорее всего служат черные дыры, релятивистские струи и мощное излучение которых нагревают газ, возмущают его и не дают скапливаться в крупные сгустки, способные дать рождение звезде.
Гигантские эллиптические галактики являются одними из удивительных объектов Вселенной. Главный вопрос – причина, остановившая рождение звезд в них. Какой бы они ни были, эллиптические галактики почтенного возраста содержат исключительно древние звезды. А если звезда не взрывается много миллиардов лет, то это должен быть красный карлик. Поэтому эллиптические галактики в оптическом диапазоне кажутся красными мертвецами.
Разумеется, в эллиптических галактиках никто не ожидает найти холодный молекулярный газ, ведь он является строительным материалом будущих звезд. Богатство таким газом спиральных галактик, характеризующихся хотя бы умеренным звездообразованием, как например Млечный путь, вполне соответствует такому представлению. Куда делся газ, которым некогда обладали эллиптические галактики, неизвестно. Это могли быть события, в ходе которых газ вытягивается из галактики, например, проход рядом другого гиганта. Однако в основном самые крупные галактики – как раз эллиптические. Где же тогда газ, если они воруют его друг у друга? Причина может быть и проще: эллиптические галактики израсходовали весь свой запас газа, чтобы родить большое число звезд, которое в них и наблюдается. Однако почему тогда спиральные галактики способны расходовать это топливо бережнее? В любом случае, сам факт остается прочным: эллиптические галактики лишены молекулярного газа.
В эту картину плохо укладываются сведения, полученные с помощью космического телескопа Гершель. «Мы изучили восемь гигантских эллиптических галактик, ранее не наблюдавшихся с подобными аппаратами. К нашей радости, мы обнаружили странный факт – шесть из восьми галактик богаты холодным газом», – говорит ведущий автор исследования Норберт Вернер, сотрудник Стенфорда. Ранее эллиптические галактики с холодным газом удавалось найти только в скоплениях, где они могли получить газ от прошедшей недалеко небольшой галактики.
Холодный газ был замечен по излучению ионов углерода и атомов кислорода в дальней инфракрасной части спектра. Это не основные элементы для рождения звезд, главным является водород. Однако водород в молекулярном состоянии найти во Вселенной очень трудно, он не излучает, и приходится использовать косвенные методики. Тем не менее, наличие в галактиках холодного газа налицо, а вот звездообразование в них не идет.
Галактики с неиспользуемыми запасами были изучены и в других областях спектра электромагнитного излучения. С помощью оптических наблюдений Южного Астрофизического телескопа проводились поиски теплого газа, который лишь немного горячее обнаруженного Гершелем. С помощью космического телескопа Чандра в рентгеновской части спектра можно обнаружить очень горячий газ, его температура может достигать десятки миллионов градусов. Излучение крупных молодых звезд вполне могло бы нагреть часть газа до такой температуры.
В шести галактиках удалось найти небольшое количество очень горячего газа и определить, что он охлаждается, постепенно увеличивая запасы пригодных для рождения звезд материалов. Это типичный процесс для галактик, рождающих звезды: их газ остывает, доходя до температуры, при которой он может образовать сгустки материи, ядра будущих звезд. Однако в шести эллиптических галактиках этот процесс останавливается раньше. Газ остывает недостаточно для рождения звезды. В двух галактиках, лишенных холодного газа, горячий газ и вовсе не показывает признаков охлаждения.
Главным подозреваемым, способным привести к таким последствиям, являются единственные экстраординарные объекты галактик – их сверхмассивные черные дыры. Активность черных дыр часто связывается со способностью галактики формировать новые звезды. При этом есть модели, как указывающие на положительное влияние черных дыр, так и на их эффективность в противодействии появлению новых звезд. В случае шести обсуждаемых галактик влияние черных дыр явно сказывается на развитии галактик отрицательно.
Черные дыры шести галактик с холодным газом умеренно активны, однако поглощают материю активнее, чем черная дыра Млечного пути. А вот две галактики, лишенные холодного и даже теплого газа, обладают зато очень активными черными дырами, беспрерывно поглощающими материю, а значит и выбрасывающими в галактику очень быстрые заряженные частицы и фотоны высокоэнергетического излучения. Эти потоки запросто могут не только нагреть газ галактики, но даже полностью сдуть из нее все межзвездное вещество. Активность черных дыр, таким образом, объясняет остановку звездообразования в шести галактиках и отсутствие потенциала для нее еще в двух.